Какой материал печатной платы выбрать для работы при температуре -40 градусов?

Мне нужно спроектировать печатную плату для работы (или даже ниже) -40 градусов по Цельсию. Обычно я использую плату FR-4 при комнатной температуре. Однако из вопроса « Какая минимальная температура для печатных плат FR-4? » Я узнал, что у печатных плат FR-4 могут быть проблемы ниже -30 градусов Цельсия.

Так какой материал печатной платы выдерживает такие низкие температуры?

pcb temperature

— billyzhao
источник

От -40 ° C до 85 ° C - чрезвычайно распространенный температурный диапазон (обычно называемый «промышленным», но разные МФЦ имеют разные границы) для компонентов и, в частности, для модулей (поскольку мы обеспокоены здесь наличием печатных плат). В предыдущих компаниях, в которых я работал (которые в основном производили модули автомобильного типа), все использовали болотный стандарт FR-4.

— Ник Т

Ответы:

Я использовал FR4 на 4K, а другие использовали его при гораздо более низких температурах.

Физические характеристики несколько снижаются при низких температурах, но отказ платы, такой как расслаивание, обычно не происходит от простого воздействия холодных температур. Испытания по Шарпи, о которых говорится в вашем связанном ответе, являются мерой прочности образца с надрезом на удар (добавьте надстрочный элемент, а затем в основном разбейте его молотком). Если вы находитесь в тяжелой механической среде, вам, возможно, придется учитывать меньшую ударную прочность и использовать более толстую доску или лучше ее поддерживать.

Отказ паяного соединения из-за различий в коэффициенте теплового расширения может быть фактором, особенно с бессвинцовым припоем и такими вещами, как большие пакеты BGA.

В некоторых частях света -40 ° C - это просто жаркий день, а -55 ° C - это нижний предел военного температурного диапазона, оба предела находятся в пределах нормального диапазона из эпоксидно-стеклянных плит, и есть много разумных доступные компоненты, которые имеют гарантированные характеристики при таких температурах (особенно -40).

— Спехро Пефхани
источник

Спасибо! 4K означает -269 градусов по Цельсию? И это хорошо работает даже при такой низкой температуре в течение длительного времени?

— Биллижао

@billyzhao Да, все верно. Конечно, мы не стучим молотком по криостату.

— Спехро Пефхани

Как можно идти "намного ниже", чем 4K?

— крокбой

@crocboy Очевидно, что вы можете опускаться только на <4 градуса ниже, но некоторые вещи значительно меняются благодаря однозначным числам Кельвина. Удельное сопротивление меди снижается до RRR, теплоемкость резко падает и т. Д. Добраться до милликельвинов намного, намного сложнее, чем 4.2K.

— Спехро Пефхани

Я забыл упомянуть об этом раньше, но: при этих температурах вредитель олова , вероятно, будет проблемой. Вы намекаете на проблемы с бессвинцовым припоем, но это гораздо более серьезная проблема, чем несоответствие теплового расширения. При кратковременной эксплуатации при низких температурах вредитель олова, вероятно, никогда не будет развиваться, но если он постоянно находится при температуре -40 ° C, он, безусловно, будет развиваться.

— Александр Р.

Вы можете использовать керамическую подложку: см., Например, здесь . Конечно, это будет дорого и может потребовать специальных инструментов, и я должен сказать, что не имею никакого личного опыта с ними. Но это обычное решение для цепей, которые должны работать при экстремальных температурах.

Если это не исключено приложением, вы можете также рассмотреть возможность использования обогреваемого корпуса. Это будет дешевле и позволит вам использовать обычные материалы и методы.

— Александр Р.
источник

Мое решение состояло бы в том, чтобы заключить плату FR-4 в изолированный герметичный корпус с градиентом изоляции не менее 20 градусов Цельсия. Если необходим больший контроль температуры, я бы добавил устройство двунаправленного нагрева / охлаждения. таким образом, температура снаружи корпуса может быть более экстремальной и все же не влиять на температуру внутри корпуса. Этот метод также позволяет избежать больших локальных градиентов температуры печатной платы .

— Guill
источник